回折成分、トーリック成分、及び非球面成分の組合せを有するレンズ表面
本発明の１つの実施態様では、前方表面、後方表面、及びこれらの表面の１つに配置された回折領域を備えるレンズを含む、眼球内レンズ（IOL）を提供する。回折領域を持つ表面は、非球面部材及びトーリック部材の組合せで特徴付けられるプロファイルを持つ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、眼球内レンズに関し、より具体的には、マルチ収差補償を提供する回折眼球内レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
天然の水晶体レンズを置換える白内障外科処置中、眼球内レンズ（IOL）は、患者の眼にルーチン的に移植される。いくつかの場合には、IOLは、遠方、近方共に焦点を合わせられるように回折構造を含むことによって、擬遠近調整機能を提供することができる。球面収差及び非点収差のような様々な収差は、そのようなレンズの光学的なパフォーマンスに悪影響を及ぼす。例えば、球面収差は、特に、寸法の大きな瞳孔で、視界のコントラストを劣化させることがある。
【０００３】
マルチ収差補償を提供する回折IOLが知られている。しかしながら、このようなIOLの製造は、時間も費用もかかるものである。
【０００４】
したがって、眼球内レンズを改良するニーズ、特に、より容易に製造できる改良された回折IOLに対するニーズが存在している。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、概ね、球面収差及び点収差の補償を提供する、眼球内レンズ（IOL）のような、回折眼球内レンズに関連する。いくつかの実施態様では、レンズの単一表面は、複数の回折構造と共に非球面性とトーリック性との組合わされたベース・プロファイルを含むように形作られる。
【０００６】
１つの実施態様として、眼球内レンズ（IOL）は、前方表面、後方表面、及びそれらの表面の１つ（例えば、前方表面）に配置された複数の回折領域を備えたレンズを含むものとして開示されている。回折領域を有するこの表面は、非球面性とトーリック性との組合せで特徴付けられるベース・プロファイルを有している。
【０００７】
関連する実施態様において、レンズは、例えば、約１Dから約６Dの範囲で回折力を付加することによって特徴付けられる、近方に焦点を合わせる能力と共に、約１６D（ジオプトリ）から約３２Dの範囲の、遠方に焦点を合わせる能力を提供する。
【０００８】
別の実施態様において、回折領域を持つ表面のプロファイルは、次の式によって定義することができる。
sag(Ravrg, r, θ)＝diffractive(Ravrg, r)＋toric(Ravrg, r, θ)＋asph(Ravrg, r)
ここで、
sagは、表面の中心点（光軸と表面との交点）からの径方向の距離r、経線角θでの光軸（例えば、ｚ軸）に沿った表面の窪みを示し、Ravrgは、平均経度（即ち、４５°）の基準曲率半径を表し、そして、diffractive(Ravrg, r)、toric(Ravrg, r, θ)、及びasph(Ravrg, r)は、それぞれ、表面プロファイルの回折成分、トーリック成分、及び非球面成分を表す。
【０００９】
関連する実施態様において、表面プロファイルの回折成分、即ち、diffractive(Ravrg, r)は、以下のように定義することができる。
diffractive(Ravrg, r)＝ｚ＝ｚrad−√（Rrad2−r2）
ここで、Ravrgとrとは、上と同様に定義され、Rrad、ｚradとは、それぞれ、径方向の距離rを通る回折領域の曲率半径、その領域の曲率中心の軸方向の（即ち、z軸に沿った）位置を表している。例えば、ｚrad、Rradは、以下の関係式で定義することができる。
ｚrad＝（xin2＋ｚin2−xout2−ｚout2）／２（ｚin−ｚout）
Rrad＝√（（ｚin−ｚrad）2＋xin2）
ここで、xin、ｚinは、それぞれ、回折領域の（光軸により近い）内側境界のx座標、ｚ座標を表し、xout、ｚoutは、それぞれ、回折領域の外側境界のx座標、ｚ座標を表す。
【００１０】
別の実施態様において、表面プロファイルのトーリック成分は、以下の関係式にしたがって定義することができる。
toric(Ravrg, r, θ) = (cxcos2θ+cysin2θ)r2 / (1+√｛1-(1+kx)cx2r2cos2θ-(1+ky)cyr2sin2θ) ｝)
ここで、Ravrg、r、及びθは、上記と同じように定義され、ｃx、及びｃyは、２つの主経線に沿ったトーリック曲率を表し、ｋx、及びｋyは、それらの２つの主経線に沿ったトーリック円錐定数を表す。
【００１１】
別の実施態様において、表面プロファイルの非球面成分は、以下の関係式で定義することができる。
asph(Ravrg, r)＝cr2 / ｛1＋√（1−(1 + k)c2r2）｝
ここで、
ｃ＝１／Ravrg
であって、Ravrgとrとは、上と同様に定義され、ｋは、非球面円錐定数を表している。
【００１２】
関連する実施態様では、上述のIOLにおいて、Ravrgの値は、約１２ｍｍから約１２０ｍｍの範囲である（ここで、Ravrgは、正負の両方の値を取ることができる）。いくつかの実施態様では、ｃxの値は、約０．００８ｍｍ−１から約０．０８ｍｍ−１の範囲にあることができ（ここで、ｃxは、正負の両方の値を取ることができる）、ｃyの値は、約０．００８ｍｍ−１から約０．０８ｍｍ−１の範囲にあることができ（ここで、ｃyは、正負の両方の値を取ることができる）、ｋxの値は、約−３０００（マイナス３０００）から約−１２（マイナス１２）の範囲にあることができ、ｋyの値は、約−３０００（マイナス３０００）から約−１２（マイナス１２）の範囲にあることができる。さらに、いくつかの実施態様では、非球面円錐定数（ｋ）は、約−３０００（マイナス３０００）から約−１２（マイナス１２）の範囲にあることができる。
【００１３】
別の実施態様では、回折領域は、複数の段差の高さによって互いに隔てられて複数の回折構造（例えば、エシュレット格子）で形成されることができる。多くの実施態様では、各々の異なる経線間の段差の高さは、一定である。
【００１４】
別の実施態様では、上記のIOLにおいて、角度θ（Rdθ）によって特徴付けられる、経線に沿った回折領域の曲率半径と、その回折領域（Rbθ）に伴う基準プロファイルの曲率半径は、以下の関係式によって関係付けられる。
(n1 - n2)(1/ Rdθ- 1/ Rbθ)=一定値
ここで、n1 は、レンズを生成する材料の屈折率を表し、n2は、レンズを取り囲む媒体の屈折率を表し、一定値は、一定の値を表す。例として、この一定値は、約０（ゼロ）ジオプトリから４ジオプトリ（例えば、＋２D）の範囲であることができる。
【００１５】
別の実施態様では、レンズは、生体適合性材料からなることができる。これは限定を意図するものではないが、適切な材料として、柔らかいアクリル・ポリマー、ヒドロゲル、ポリメチルメタクリレート、ポリサルフォン、ポリスチレン、セルロース、アセテートブチレート、あるいは、その他の生体適合材料などが含まれる。例として、１つの実施態様において、レンズは、通常、アクリソフ（Acrysof：登録商標）として知られている、柔らかいアクリル・ポリマー（２フェニルエチル−アクリレート及び２フェニルエチル−メタクリレートからなる架橋共重合体）から形成されている。
【００１６】
別の実施態様では、前方表面と後方表面とを持つレンズを含む、回折眼球内レンズが開示される。これらの表面のうち少なくとも１つは、回折成分、非球面成分、及びトーリック成分の組合せで特徴付けられる表面プロファイルを示す。
【００１７】
以下に簡単に説明する添付の図面と関連付けて後続の詳細の記述と参照することによって、本願発明の更なる理解が得られるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の１つの実施態様のIOLの断面図である。
【図２】図1のIOLの前方面の上面図である。
【図３】その前方面の断面プロファイルを示す概略図である。
【図４】所望するその前方面のプロファイルを基板（例えば、光学ブランク）に切込む、FTSシステムのダイヤモンド・ブレードを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、概ね、遠近双方に焦点を合わせる能力を提供しつつ、球面収差と非点収差との双方の補償を提供できる、回折眼球内レンズに向けてなされている。以下の実施例において、本発明の様々な実施態様が眼球内レンズ（IOL）と関連付けて議論される。しかしながら、本発明の教示は、例えば、コンタクトレンズのような他の眼球内レンズにも適用できることは理解されるべきである。さらに、ここでは、用語“眼球内レンズ”及びその略語“IOL”は、天然の水晶体レンズを置き換えるために、あるいは、天然のレンズを取除くか否かに係らず、視野を拡大するために、眼の内部にインプラントされ得る、レンズを記載するために、交換可能に使用される。
【００２０】
図１を参照して、本発明の１つの実施態様によるIOL１０は、前方光学表面１４、及び後方光学表面１６を持つ、レンズ１２を含んでいる。このIOLは、さらに、IOLは、さらに、患者の眼の中での装着を容易にする複数の固定部材あるいは触覚１８を含んでいる。表面１４、１６は、光軸（ここでは、z軸としても参照される）２０を取巻くように配置されている。後方様面は、光軸の回りに対称的に配置されており、前方表面は、以下に議論するように、この軸に対して非対称性を示している。
【００２１】
レンズ１２は、様々な生体適合性材料から形成することができる。このような材料のいくつかの例には、柔らかいアクリル・ポリマー、ヒドロゲル、ポリメチルメタクリレート、ポリサルフォン、ポリスチレン、セルロース、アセテートブチレート、あるいは、その他の生体適合材料が含まれる。ただし、この例に限定するものではない。例として、１つの実施態様において、レンズは、通常、アクリソフ（Acrysof：登録商標）として知られている、柔らかいアクリル材料（２フェニルエチル−アクリレート及び２フェニルエチル−メタクリレートからなる架橋共重合体）から製造されている。
【００２２】
多くの実施態様において、前方表面、及び後方表面の曲率は、レンズを形成する材料の屈折率と共に、レンズが約−５Dから約４０Dの範囲、好適には、約１６Dから約３２Dの範囲の遠方に焦点を合わせる能力を提供するように選択される。前方表面１４は、さらに、近方に焦点を合わせる能力を提供するために、その部分に配置された複数の回折領域２２を含む。複数の回折領域２２のゼロ次の回折オーダーは、入射光を主にレンズの遠方焦点に向けるのに対して、複数の回折領域２２の１次の回折オーダーは、入射光を主にレンズの近方焦点に向ける。近方焦点は、例えば、約１Dから約６Dの範囲、好適には、約３Dから約４Dの範囲の追加の能力によって特徴付けられる。さらに図示すると、図２は、回折領域が互いに複数の段差で分離されている環状の回折構造として形成されていることを示す、前方表面の上面図を表している。
【００２３】
図３と共に図１を参照して、前方表面１４は、特に、レンズの光学軸（ｚ軸）から半径方向に大きく距離が離れた位置で、想定される球面プロファイルからずれて、球面性とトーリック性との組合せを示すような、基準プロファイルを含む。さらに、上に示したように、この基準プロファイルには複数の回折領域が配置されている。このように、前方表面１４のプロファイルは、回折成分、非球面性分、及びトーリック成分の、３つの成分から形成されているものとして定義することができる。例えば、この実施態様では、前方表面は、以下の関係式に従って定義することができる。
ここで、sag（サグ）は、表面の中心点（光軸とその表面との交点）からの半径方向の距離r、経線角θでの、ｚ軸に沿った（ｚ軸の原点からの距離で表される）位置での、その表面の窪みを表し、Ravrgは、平均経線（すなわち、４５°）の基準曲率半径を表すものとして、
sag(Ravrg, r, θ)＝diffractive(Ravrg, r)＋toric(Ravrg, r, θ)＋asph(Ravrg, r) 式（１）
また、Ravrg、及びｚradは、上述のように定義され、Rradは、半径方向の距離ｒを通る回折領域の曲率半径を示し、ｚradは、その領域の曲率中心の軸方向（すなわち、ｚ軸に沿って）の位置を示すものとして、
diffractive(Ravrg, r) = z = ｚrad−√（Rrad 2−r 2） 式（２）
より具体的には、xin、ｚinは、それぞれ、回折領域の（光軸により近い）内側境界のx座標、ｚ座標を表し、xout、ｚoutは、それぞれ、回折領域の外側境界のx座標、ｚ座標を表すものとして、ｚrad、及びRavrgは、以下の関係式で定義することができる。
ｚrad＝（xin2＋ｚin2−xout2−ｚout2）／２（ｚin−ｚout） 式（３）
Rrad＝√｛（ｚin−ｚrad）2＋xin2｝ 式（４）
さらに、表面プロファイルのトーリック、及び非球面成分は、以下の関係式で定義することができる。
toric(Ravrg,r,θ)=(cxcos2θ+cysin2θ)r2/[1+√｛1-(1+kx)cx2r2cos2θ-(1+ky)cyr2sin2θ｝] 式（５）
asph(Ravrg, r) = cr2 / (1 + √｛1 - (1+k)c2r2) ｝ 式（６）
c = 1 / Ravrg 式（７）
ここで、ｃ、及びｋは、それぞれ、球面曲率、及び円錐定数を表し、ｃx、及びｃyは、２つの主経線に沿ったトーリック曲率を表し、ｋx、及びｋyは、それらの２つの主経線に沿ったトーリック円錐定数を表す。
【００２４】
入射光線が前方表面１４に平行であるとき、前方表面の複数の部分の差に伴う物理的な行路の差は、上記の複数の式で定義される、瞳孔の異なる位置でのサグ値に等しい。レンズの部分を通過する、光線の各々の光学行路の差は、光線の向きに沿った物理的な行路の差とレンズの材質とその周囲の媒体の屈折率の差との積で計算することができる。さらに、IOLに入射する複数の光線が平行でない、多くの場合、上記の複数の式は、もはや、瞳孔の異なる複数の位置に対応する物理的な行路の差のよい近似を与えない。例えば、IOLは、通常、角膜の焦点面の前方、２７〜２８ｍｍに位置しており、瞳孔の縁での光線は、光線が光軸に平行であるとして０．６％の計算誤差しか入り込まない、光軸に対してほぼ６°の角度を示す。
【００２５】
上記の式（１）−（７）による前方表面プロファイルの記述によって、光学的精度を効果的に維持することができる。再び、図３を参照して、第一の回折領域を例に取ると、任意の経度（θ）で、第一の回折領域の曲率半径（Rdθ）及び各基準曲率（Rbθ）は、以下の式に従って、第一の段差の高さ（第一の回折領域と第二の回折領域間の段差の高さ）に関連する。
(1/ Rdθ−1/ Rbθ)r02=段差の高さ 式（８）
ここで、r0は、図３に図示されている、第一の回折領域の半径である。
【００２６】
いくつかの実施態様では、前方表面は、例えば、上で議論したように、表面プロファイルが各々の区分内に固定されるように、倍率に寄与する領域を横切って区分に分けることができる。平均経度に対する倍率の変化は、例えば、ジオプトリで表した一定の振幅で特徴付けることができる。異なる経線に対する段差の高さは同一であることができ、ジオプトリでの差異は平均経線上で（例えば、＋２D）に固定できるので、回折領域の曲率半径、及び 各々の基準曲率半径は、如何なる角度θに対しても以下の式で示される一定のジオプトリ差を生成するように、製造することができる。
(n1−n2)(1/ Rdθ−1/ Rbθ)= 一定のジオプトリ (例えば、＋２Ｄ) 式（９）
再び、図1を参照して、この実施態様では、後方表面１６は、レンズが所望の遠方に焦点を合わせる光学的能力（例えば、約０から約８４Dの範囲内にある。好適には、約０から約４Dの範囲内にある）を提供するように選択された曲率半径を持った球面である。
【００２７】
IOL１０を形成するために様々な製造技術を使用することができる。例えば、いくつかの実施態様では、上記の式（１）によって定義されるような、例えば、適切な生態整合性材料からなる光学ブランクの表面に所望のプロファイルを形成するために、高速工具サーボ（FTS）として知られる方法を使用することができる。図４に概要が示されているように、FTS旋盤方法では、３軸（例えば、“ｘ”、及び“ｙ”軸、並びに、ｘ-ｙ平面に垂直な“ｗ”軸）に沿って動くことができるように製作された、ダイヤモンド・ブレード２４を使用する。より正確には、ダイヤモンド・ブレードは、ｗ方向に垂直な面内の（ｘ及びｙ軸に沿った）２軸に対する動きの指揮と同期して、切削プログラムの制御下、制御された態様で、通常、高速で、ｗ方向に沿って動くことができるように製作されることができる。このブレードの組合された動きによって、光学ブランクの表面に所望のプロファイルを切削することになる。別の実施態様では、FTS方法は、後に、所望の材料からIOLを形成するのに使用される、光学突起を形成するために使用することができる。
【００２８】
別の製造技術において、FTSが非回転対称成分（すなわち、トーリック成分）の生成を制御しながら、従来の高精度旋盤（例えば、米国ニューハンプシャー州のキーン市のプレシテック社（Precitech）から入手可能な旋盤）によって、回転対称成分（すなわち、回折及び非球面成分）の生成を制御することができる。双方のモジュールは、互いに干渉せずに、独立に操作することができ、双方のモジュールからの入力を組合せてダイヤモンド・カッターのヘッドの位置を決定することができる。例えば、プレシテック旋盤は、回転対称性を持つ、式diffractive(Ravrg, r)＋asph(Ravrg, r)に従ってダイヤモンド・カッターのヘッドの位置の座標を生成することができ、一方で、FTSは、非回転対称性を持つ、位置の座標toric(Ravrg, r, θ)を生成することができる。
【００２９】
例として、１つの実施態様において、FTSシステムは、光学突起の表面にトーリック・ジオメトリを事前に切削するようにプログラムすることができる。引続き、プレシテック旋盤コントローラは、回折及び非球面成分をそのトーリック突起の表面に切削する制御することができる。引き続いて、必要ならば、より小さいダイヤモンド切削工具を使用して光学突起の表面を完成させることができる。
【００３０】
IOLの単一の表面（例えば、前方表面）に回折、非球面、及びトーリック成分を組合せることによって、多くの効果を奏することができる。例えば、異なる光学的能力を得るために他方の表面（例えば、後方表面）を変化させることができる場合、レンズの製造を容易にすることができ、必要とされる光学突起の数を劇的に低減することによって、個別の患者用IOLなどの特注品を経済的に製造することができる。
【００３１】
本発明の範囲を逸脱せずに上述の実施態様を様々に変更できることは、当該技術分野の当業者は理解するであろう。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、眼球内レンズに関し、より具体的には、マルチ収差補償を提供する回折眼球内レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
天然の水晶体レンズを置換える白内障外科処置中、眼球内レンズ（IOL）は、患者の眼にルーチン的に移植される。いくつかの場合には、IOLは、遠方、近方共に焦点を合わせられるように回折構造を含むことによって、擬遠近調整機能を提供することができる。球面収差及び非点収差のような様々な収差は、そのようなレンズの光学的なパフォーマンスに悪影響を及ぼす。例えば、球面収差は、特に、寸法の大きな瞳孔で、視界のコントラストを劣化させることがある。
【０００３】
マルチ収差補償を提供する回折IOLが知られている。しかしながら、このようなIOLの製造は、時間も費用もかかるものである。
【０００４】
したがって、眼球内レンズを改良するニーズ、特に、より容易に製造できる改良された回折IOLに対するニーズが存在している。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、概ね、球面収差及び点収差の補償を提供する、眼球内レンズ（IOL）のような、回折眼球内レンズに関連する。いくつかの実施態様では、レンズの単一表面は、複数の回折構造と共に非球面性とトーリック性との組合わされたベース・プロファイルを含むように形作られる。
【０００６】
１つの実施態様として、眼球内レンズ（IOL）は、前方表面、後方表面、及びそれらの表面の１つ（例えば、前方表面）に配置された複数の回折領域を備えたレンズを含むものとして開示されている。回折領域を有するこの表面は、非球面性とトーリック性との組合せで特徴付けられるベース・プロファイルを有している。
【０００７】
関連する実施態様において、レンズは、例えば、約１Dから約６Dの範囲で回折力を付加することによって特徴付けられる、近方に焦点を合わせる能力と共に、約１６D（ジオプトリ）から約３２Dの範囲の、遠方に焦点を合わせる能力を提供する。
【０００８】
別の実施態様において、回折領域を持つ表面のプロファイルは、次の式によって定義することができる。
sag(Ravrg, r, θ)＝diffractive(Ravrg, r)＋toric(Ravrg, r, θ)＋asph(Ravrg, r)
ここで、
sagは、表面の中心点（光軸と表面との交点）からの径方向の距離r、経線角θでの光軸（例えば、ｚ軸）に沿った表面の窪みを示し、Ravrgは、平均経度（即ち、４５°）の基準曲率半径を表し、そして、diffractive(Ravrg, r)、toric(Ravrg, r, θ)、及びasph(Ravrg, r)は、それぞれ、表面プロファイルの回折成分、トーリック成分、及び非球面成分を表す。
【０００９】
関連する実施態様において、表面プロファイルの回折成分、即ち、diffractive(Ravrg, r)は、以下のように定義することができる。
diffractive(Ravrg, r)＝ｚ＝ｚrad−√（Rrad2−r2）
ここで、Ravrgとrとは、上と同様に定義され、Rrad、ｚradとは、それぞれ、径方向の距離rを通る回折領域の曲率半径、その領域の曲率中心の軸方向の（即ち、z軸に沿った）位置を表している。例えば、ｚrad、Rradは、以下の関係式で定義することができる。
ｚrad＝（xin2＋ｚin2−xout2−ｚout2）／２（ｚin−ｚout）
Rrad＝√（（ｚin−ｚrad）2＋xin2）
ここで、xin、ｚinは、それぞれ、回折領域の（光軸により近い）内側境界のx座標、ｚ座標を表し、xout、ｚoutは、それぞれ、回折領域の外側境界のx座標、ｚ座標を表す。
【００１０】
別の実施態様において、表面プロファイルのトーリック成分は、以下の関係式にしたがって定義することができる。
toric(Ravrg, r, θ) = (cxcos2θ+cysin2θ)r2 / (1+√｛1-(1+kx)cx2r2cos2θ-(1+ky)cyr2sin2θ) ｝)
ここで、Ravrg、r、及びθは、上記と同じように定義され、ｃx、及びｃyは、２つの主経線に沿ったトーリック曲率を表し、ｋx、及びｋyは、それらの２つの主経線に沿ったトーリック円錐定数を表す。
【００１１】
別の実施態様において、表面プロファイルの非球面成分は、以下の関係式で定義することができる。
asph(Ravrg, r)＝cr2 / ｛1＋√（1−(1 + k)c2r2）｝
ここで、
ｃ＝１／Ravrg
であって、Ravrgとrとは、上と同様に定義され、ｋは、非球面円錐定数を表している。
【００１２】
関連する実施態様では、上述のIOLにおいて、Ravrgの値は、約１２ｍｍから約１２０ｍｍの範囲である（ここで、Ravrgは、正負の両方の値を取ることができる）。いくつかの実施態様では、ｃxの値は、約０．００８ｍｍ−１から約０．０８ｍｍ−１の範囲にあることができ（ここで、ｃxは、正負の両方の値を取ることができる）、ｃyの値は、約０．００８ｍｍ−１から約０．０８ｍｍ−１の範囲にあることができ（ここで、ｃyは、正負の両方の値を取ることができる）、ｋxの値は、約−３０００（マイナス３０００）から約−１２（マイナス１２）の範囲にあることができ、ｋyの値は、約−３０００（マイナス３０００）から約−１２（マイナス１２）の範囲にあることができる。さらに、いくつかの実施態様では、非球面円錐定数（ｋ）は、約−３０００（マイナス３０００）から約−１２（マイナス１２）の範囲にあることができる。
【００１３】
別の実施態様では、回折領域は、複数の段差の高さによって互いに隔てられて複数の回折構造（例えば、エシュレット格子）で形成されることができる。多くの実施態様では、各々の異なる経線間の段差の高さは、一定である。
【００１４】
別の実施態様では、上記のIOLにおいて、角度θ（Rdθ）によって特徴付けられる、経線に沿った回折領域の曲率半径と、その回折領域（Rbθ）に伴う基準プロファイルの曲率半径は、以下の関係式によって関係付けられる。
(n1 - n2)(1/ Rdθ- 1/ Rbθ)=一定値
ここで、n1 は、レンズを生成する材料の屈折率を表し、n2は、レンズを取り囲む媒体の屈折率を表し、一定値は、一定の値を表す。例として、この一定値は、約０（ゼロ）ジオプトリから４ジオプトリ（例えば、＋２D）の範囲であることができる。
【００１５】
別の実施態様では、レンズは、生体適合性材料からなることができる。これは限定を意図するものではないが、適切な材料として、柔らかいアクリル・ポリマー、ヒドロゲル、ポリメチルメタクリレート、ポリサルフォン、ポリスチレン、セルロース、アセテートブチレート、あるいは、その他の生体適合材料などが含まれる。例として、１つの実施態様において、レンズは、通常、アクリソフ（Acrysof：登録商標）として知られている、柔らかいアクリル・ポリマー（２フェニルエチル−アクリレート及び２フェニルエチル−メタクリレートからなる架橋共重合体）から形成されている。
【００１６】
別の実施態様では、前方表面と後方表面とを持つレンズを含む、回折眼球内レンズが開示される。これらの表面のうち少なくとも１つは、回折成分、非球面成分、及びトーリック成分の組合せで特徴付けられる表面プロファイルを示す。
【００１７】
以下に簡単に説明する添付の図面と関連付けて後続の詳細の記述と参照することによって、本願発明の更なる理解が得られるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の１つの実施態様のIOLの断面図である。
【図２】図1のIOLの前方面の上面図である。
【図３】その前方面の断面プロファイルを示す概略図である。
【図４】所望するその前方面のプロファイルを基板（例えば、光学ブランク）に切込む、FTSシステムのダイヤモンド・ブレードを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、概ね、遠近双方に焦点を合わせる能力を提供しつつ、球面収差と非点収差との双方の補償を提供できる、回折眼球内レンズに向けてなされている。以下の実施例において、本発明の様々な実施態様が眼球内レンズ（IOL）と関連付けて議論される。しかしながら、本発明の教示は、例えば、コンタクトレンズのような他の眼球内レンズにも適用できることは理解されるべきである。さらに、ここでは、用語“眼球内レンズ”及びその略語“IOL”は、天然の水晶体レンズを置き換えるために、あるいは、天然のレンズを取除くか否かに係らず、視野を拡大するために、眼の内部にインプラントされ得る、レンズを記載するために、交換可能に使用される。
【００２０】
図１を参照して、本発明の１つの実施態様によるIOL１０は、前方光学表面１４、及び後方光学表面１６を持つ、レンズ１２を含んでいる。このIOLは、さらに、IOLは、さらに、患者の眼の中での装着を容易にする複数の固定部材あるいは触覚１８を含んでいる。表面１４、１６は、光軸（ここでは、z軸としても参照される）２０を取巻くように配置されている。後方様面は、光軸の回りに対称的に配置されており、前方表面は、以下に議論するように、この軸に対して非対称性を示している。
【００２１】
レンズ１２は、様々な生体適合性材料から形成することができる。このような材料のいくつかの例には、柔らかいアクリル・ポリマー、ヒドロゲル、ポリメチルメタクリレート、ポリサルフォン、ポリスチレン、セルロース、アセテートブチレート、あるいは、その他の生体適合材料が含まれる。ただし、この例に限定するものではない。例として、１つの実施態様において、レンズは、通常、アクリソフ（Acrysof：登録商標）として知られている、柔らかいアクリル材料（２フェニルエチル−アクリレート及び２フェニルエチル−メタクリレートからなる架橋共重合体）から製造されている。
【００２２】
多くの実施態様において、前方表面、及び後方表面の曲率は、レンズを形成する材料の屈折率と共に、レンズが約−５Dから約４０Dの範囲、好適には、約１６Dから約３２Dの範囲の遠方に焦点を合わせる能力を提供するように選択される。前方表面１４は、さらに、近方に焦点を合わせる能力を提供するために、その部分に配置された複数の回折領域２２を含む。複数の回折領域２２のゼロ次の回折オーダーは、入射光を主にレンズの遠方焦点に向けるのに対して、複数の回折領域２２の１次の回折オーダーは、入射光を主にレンズの近方焦点に向ける。近方焦点は、例えば、約１Dから約６Dの範囲、好適には、約３Dから約４Dの範囲の追加の能力によって特徴付けられる。さらに図示すると、図２は、回折領域が互いに複数の段差で分離されている環状の回折構造として形成されていることを示す、前方表面の上面図を表している。
【００２３】
図３と共に図１を参照して、前方表面１４は、特に、レンズの光学軸（ｚ軸）から半径方向に大きく距離が離れた位置で、想定される球面プロファイルからずれて、球面性とトーリック性との組合せを示すような、基準プロファイルを含む。さらに、上に示したように、この基準プロファイルには複数の回折領域が配置されている。このように、前方表面１４のプロファイルは、回折成分、非球面性分、及びトーリック成分の、３つの成分から形成されているものとして定義することができる。例えば、この実施態様では、前方表面は、以下の関係式に従って定義することができる。
ここで、sag（サグ）は、表面の中心点（光軸とその表面との交点）からの半径方向の距離r、経線角θでの、ｚ軸に沿った（ｚ軸の原点からの距離で表される）位置での、その表面の窪みを表し、Ravrgは、平均経線（すなわち、４５°）の基準曲率半径を表すものとして、
sag(Ravrg, r, θ)＝diffractive(Ravrg, r)＋toric(Ravrg, r, θ)＋asph(Ravrg, r) 式（１）
また、Ravrg、及びｚradは、上述のように定義され、Rradは、半径方向の距離ｒを通る回折領域の曲率半径を示し、ｚradは、その領域の曲率中心の軸方向（すなわち、ｚ軸に沿って）の位置を示すものとして、
diffractive(Ravrg, r) = z = ｚrad−√（Rrad 2−r 2） 式（２）
より具体的には、xin、ｚinは、それぞれ、回折領域の（光軸により近い）内側境界のx座標、ｚ座標を表し、xout、ｚoutは、それぞれ、回折領域の外側境界のx座標、ｚ座標を表すものとして、ｚrad、及びRavrgは、以下の関係式で定義することができる。
ｚrad＝（xin2＋ｚin2−xout2−ｚout2）／２（ｚin−ｚout） 式（３）
Rrad＝√｛（ｚin−ｚrad）2＋xin2｝ 式（４）
さらに、表面プロファイルのトーリック、及び非球面成分は、以下の関係式で定義することができる。
toric(Ravrg,r,θ)=(cxcos2θ+cysin2θ)r2/[1+√｛1-(1+kx)cx2r2cos2θ-(1+ky)cyr2sin2θ｝] 式（５）
asph(Ravrg, r) = cr2 / (1 + √｛1 - (1+k)c2r2) ｝ 式（６）
c = 1 / Ravrg 式（７）
ここで、ｃ、及びｋは、それぞれ、球面曲率、及び円錐定数を表し、ｃx、及びｃyは、２つの主経線に沿ったトーリック曲率を表し、ｋx、及びｋyは、それらの２つの主経線に沿ったトーリック円錐定数を表す。
【００２４】
入射光線が前方表面１４に平行であるとき、前方表面の複数の部分の差に伴う物理的な行路の差は、上記の複数の式で定義される、瞳孔の異なる位置でのサグ値に等しい。レンズの部分を通過する、光線の各々の光学行路の差は、光線の向きに沿った物理的な行路の差とレンズの材質とその周囲の媒体の屈折率の差との積で計算することができる。さらに、IOLに入射する複数の光線が平行でない、多くの場合、上記の複数の式は、もはや、瞳孔の異なる複数の位置に対応する物理的な行路の差のよい近似を与えない。例えば、IOLは、通常、角膜の焦点面の前方、２７〜２８ｍｍに位置しており、瞳孔の縁での光線は、光線が光軸に平行であるとして０．６％の計算誤差しか入り込まない、光軸に対してほぼ６°の角度を示す。
【００２５】
上記の式（１）−（７）による前方表面プロファイルの記述によって、光学的精度を効果的に維持することができる。再び、図３を参照して、第一の回折領域を例に取ると、任意の経度（θ）で、第一の回折領域の曲率半径（Rdθ）及び各基準曲率（Rbθ）は、以下の式に従って、第一の段差の高さ（第一の回折領域と第二の回折領域間の段差の高さ）に関連する。
(1/ Rdθ−1/ Rbθ)r02=段差の高さ 式（８）
ここで、r0は、図３に図示されている、第一の回折領域の半径である。
【００２６】
いくつかの実施態様では、前方表面は、例えば、上で議論したように、表面プロファイルが各々の区分内に固定されるように、倍率に寄与する領域を横切って区分に分けることができる。平均経度に対する倍率の変化は、例えば、ジオプトリで表した一定の振幅で特徴付けることができる。異なる経線に対する段差の高さは同一であることができ、ジオプトリでの差異は平均経線上で（例えば、＋２D）に固定できるので、回折領域の曲率半径、及び 各々の基準曲率半径は、如何なる角度θに対しても以下の式で示される一定のジオプトリ差を生成するように、製造することができる。
(n1−n2)(1/ Rdθ−1/ Rbθ)= 一定のジオプトリ (例えば、＋２Ｄ) 式（９）
再び、図1を参照して、この実施態様では、後方表面１６は、レンズが所望の遠方に焦点を合わせる光学的能力（例えば、約０から約８４Dの範囲内にある。好適には、約０から約４Dの範囲内にある）を提供するように選択された曲率半径を持った球面である。
【００２７】
IOL１０を形成するために様々な製造技術を使用することができる。例えば、いくつかの実施態様では、上記の式（１）によって定義されるような、例えば、適切な生態整合性材料からなる光学ブランクの表面に所望のプロファイルを形成するために、高速工具サーボ（FTS）として知られる方法を使用することができる。図４に概要が示されているように、FTS旋盤方法では、３軸（例えば、“ｘ”、及び“ｙ”軸、並びに、ｘ-ｙ平面に垂直な“ｗ”軸）に沿って動くことができるように製作された、ダイヤモンド・ブレード２４を使用する。より正確には、ダイヤモンド・ブレードは、ｗ方向に垂直な面内の（ｘ及びｙ軸に沿った）２軸に対する動きの指揮と同期して、切削プログラムの制御下、制御された態様で、通常、高速で、ｗ方向に沿って動くことができるように製作されることができる。このブレードの組合された動きによって、光学ブランクの表面に所望のプロファイルを切削することになる。別の実施態様では、FTS方法は、後に、所望の材料からIOLを形成するのに使用される、光学突起を形成するために使用することができる。
【００２８】
別の製造技術において、FTSが非回転対称成分（すなわち、トーリック成分）の生成を制御しながら、従来の高精度旋盤（例えば、米国ニューハンプシャー州のキーン市のプレシテック社（Precitech）から入手可能な旋盤）によって、回転対称成分（すなわち、回折及び非球面成分）の生成を制御することができる。双方のモジュールは、互いに干渉せずに、独立に操作することができ、双方のモジュールからの入力を組合せてダイヤモンド・カッターのヘッドの位置を決定することができる。例えば、プレシテック旋盤は、回転対称性を持つ、式diffractive(Ravrg, r)＋asph(Ravrg, r)に従ってダイヤモンド・カッターのヘッドの位置の座標を生成することができ、一方で、FTSは、非回転対称性を持つ、位置の座標toric(Ravrg, r, θ)を生成することができる。
【００２９】
例として、１つの実施態様において、FTSシステムは、光学突起の表面にトーリック・ジオメトリを事前に切削するようにプログラムすることができる。引続き、プレシテック旋盤コントローラは、回折及び非球面成分をそのトーリック突起の表面に切削する制御することができる。引き続いて、必要ならば、より小さいダイヤモンド切削工具を使用して光学突起の表面を完成させることができる。
【００３０】
IOLの単一の表面（例えば、前方表面）に回折、非球面、及びトーリック成分を組合せることによって、多くの効果を奏することができる。例えば、異なる光学的能力を得るために他方の表面（例えば、後方表面）を変化させることができる場合、レンズの製造を容易にすることができ、必要とされる光学突起の数を劇的に低減することによって、個別の患者用IOLなどの特注品を経済的に製造することができる。
【００３１】
本発明の範囲を逸脱せずに上述の実施態様を様々に変更できることは、当該技術分野の当業者は理解するであろう。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
眼球内レンズ（IOL）であって、
前方表面と後方表面とを備えた、レンズと、
前記前方表面と前記後方表面のいずれか１つに配置された、複数の回折領域とを備え、
前記の複数の回折領域を備えた面は、非球面性とトーリック性の組合せで特徴付けられる基準プロファイルを示す、眼球内レンズ（IOL）。
【請求項２】
前記レンズは、遠方及び近方に焦点を合わせる能力を提供する、請求項１に記載のＩＯＬ。
【請求項３】
前記遠方に焦点を合わせる能力は、約１６Ｄから約３２Ｄの範囲の光学的能力を提供する、請求項２に記載のＩＯＬ。
【請求項４】
前記近方に焦点を合わせる能力は、約１Ｄから約６Ｄの範囲の光学的能力を提供する、請求項３に記載のＩＯＬ。
【請求項５】
前記前方表面は、前記回折構造、非球面性、及びトーリック性、を具備する、請求項１に記載のＩＯＬ。
【請求項６】
前記の前方表面と後方表面のいずれか１つは、
sagは、前記レンズの光軸に沿った、経線角θにおいての表面の中心点から半径方向の距離rにおける、前記の表面の窪みを示し、Ravrgは、平均経線の基準曲率半径を表すものとして、
関係式
sag(Ravrg, r, θ)＝diffractive(Ravrg, r)＋toric(Ravrg, r, θ)＋asph(Ravrg, r)
ここで、ｚrad、及びRavrgは、それぞれ、前記半径方向の距離rを通る回折領域の曲率半径、当該領域の曲率中心の軸方向の位置を表すものとして、
diffractive(Ravrg, r) = z = ｚrad − √（Rrad 2 − r 2）
また、ｃx、及びｃyは、前記表面の２つの主経線に沿ったトーリック曲率を表し、ｋx、及びｋyは、前記２つの主経線に沿ったトーリック円錐定数を表すものとして、
toric(Ravrg, r, θ) = (cxcos2θ+ cysin2θ)r2 / [1 + √｛1 - (1+kx)cx2r2cos2θ- (1+ky)cyr2sin2θ) ｝]
さらに、c = 1 / Ravrgであって、ｋが非球面円錐定数を表すものとして、
asph(Ravrg, r) = cr2 / (1 + √｛1 - (1+k)c2r2) ｝
で特徴付けられる、請求項１に記載のＩＯＬ。
【請求項７】
前記Zradは、カルテシアン座標（x,y,ｚ）で定義され、ここで、ｚは、前記光軸に沿った座標であり、
関係式ｚrad＝（xin2＋ｚin2−xout2−ｚout2）／２（ｚin−ｚout）
に従い、ここで、xin、ｚinは、それぞれ、前記回折領域の内側境界のx座標、ｚ座標を表し、xout、ｚoutは、それぞれ、前記回折領域の外側境界のx座標、ｚ座標を表す、請求項６に記載のＩＯＬ。
【請求項８】
前記Rrad は、前記カルテシアン座標において、
関係式Rrad＝√｛（ｚin−ｚrad）2＋xin2｝
で定義される、請求項７に記載のＩＯＬ。
【請求項９】
前記Ravrgの値は、約１２ｍｍから約１２０ｍｍの範囲にある、請求項８に記載のＩＯＬ。
【請求項１０】
前記cxの値は、約０．００８ｍｍ−１から約０．０８ｍｍ−１の範囲にあり、前記cyの値は、約０．００８ｍｍ−１から約０．０８ｍｍ−１の範囲にある、請求項９に記載のＩＯＬ。
【請求項１１】
前記ｋxの値は、約−３０００から約−１２の範囲にあり、前記ｋyの値は、約−３０００から約−１２の範囲にある、請求項１０に記載のＩＯＬ。
【請求項１２】
前記ｋの値は、約−３０００から約−１２の範囲にある、請求項１１に記載のＩＯＬ。
【請求項１３】
前記回折領域は、複数の段差によって互いに隔てられた複数の回折構造を具備する、請求項１に記載のＩＯＬ。
【請求項１４】
経線に沿った回折領域の曲率半径は、
関係式
(n1−n2)(1/ Rdθ−1/ Rbθ)=一定値
で関係付けられる、角度θ（Rdθ）、及び回折領域（Rbθ）に伴う基準プロファイルの曲率半径によって特徴付けられる、請求項１３に記載のＩＯＬ。
【請求項１５】
前記定数は、約０Ｄから約４Ｄの範囲にある、請求項１４に記載のＩＯＬ。
【請求項１６】
前記前方表面は、前記回折領域を含む、請求項１に記載のＩＯＬ。
【請求項１７】
前記後方表面は、球面プロファイルを示す、請求項１６に記載のＩＯＬ。
【請求項１８】
回折眼球内レンズであって、
前方面と後方面とを備えた、レンズと、
前記前方面と前記後方面の少なくとも１つは、回折成分、非球面成分、及びトーリック成分の組合せで特徴付けられるプロファイルを示す、回折眼球内レンズ。
【請求項１９】
前記レンズは、約１６Dから約３２Dの範囲で遠方に焦点を合わせる能力を提供する、請求項１８に記載の眼球内レンズ。
【請求項２０】
前記レンズは、約１Dから約６Dの範囲の更なる能力によって特徴付けられる、近方に焦点を合わせる能力を提供する、請求項１９に記載の眼球内レンズ。
【請求項１】
眼球内レンズ（IOL）であって、
前方表面と後方表面とを備えた、レンズと、
前記前方表面と前記後方表面のいずれか１つに配置された、複数の回折領域とを備え、
前記の複数の回折領域を備えた面は、非球面性とトーリック性の組合せで特徴付けられる基準プロファイルを示す、眼球内レンズ（IOL）。
【請求項２】
前記レンズは、遠方及び近方に焦点を合わせる能力を提供する、請求項１に記載のＩＯＬ。
【請求項３】
前記遠方に焦点を合わせる能力は、約１６Ｄから約３２Ｄの範囲の光学的能力を提供する、請求項２に記載のＩＯＬ。
【請求項４】
前記近方に焦点を合わせる能力は、約１Ｄから約６Ｄの範囲の光学的能力を提供する、請求項３に記載のＩＯＬ。
【請求項５】
前記前方表面は、前記回折構造、非球面性、及びトーリック性、を具備する、請求項１に記載のＩＯＬ。
【請求項６】
前記の前方表面と後方表面のいずれか１つは、
sagは、前記レンズの光軸に沿った、経線角θにおいての表面の中心点から半径方向の距離rにおける、前記の表面の窪みを示し、Ravrgは、平均経線の基準曲率半径を表すものとして、
関係式
sag(Ravrg, r, θ)＝diffractive(Ravrg, r)＋toric(Ravrg, r, θ)＋asph(Ravrg, r)
ここで、ｚrad、及びRavrgは、それぞれ、前記半径方向の距離rを通る回折領域の曲率半径、当該領域の曲率中心の軸方向の位置を表すものとして、
diffractive(Ravrg, r) = z = ｚrad − √（Rrad 2 − r 2）
また、ｃx、及びｃyは、前記表面の２つの主経線に沿ったトーリック曲率を表し、ｋx、及びｋyは、前記２つの主経線に沿ったトーリック円錐定数を表すものとして、
toric(Ravrg, r, θ) = (cxcos2θ+ cysin2θ)r2 / [1 + √｛1 - (1+kx)cx2r2cos2θ- (1+ky)cyr2sin2θ) ｝]
さらに、c = 1 / Ravrgであって、ｋが非球面円錐定数を表すものとして、
asph(Ravrg, r) = cr2 / (1 + √｛1 - (1+k)c2r2) ｝
で特徴付けられる、請求項１に記載のＩＯＬ。
【請求項７】
前記Zradは、カルテシアン座標（x,y,ｚ）で定義され、ここで、ｚは、前記光軸に沿った座標であり、
関係式ｚrad＝（xin2＋ｚin2−xout2−ｚout2）／２（ｚin−ｚout）
に従い、ここで、xin、ｚinは、それぞれ、前記回折領域の内側境界のx座標、ｚ座標を表し、xout、ｚoutは、それぞれ、前記回折領域の外側境界のx座標、ｚ座標を表す、請求項６に記載のＩＯＬ。
【請求項８】
前記Rrad は、前記カルテシアン座標において、
関係式Rrad＝√｛（ｚin−ｚrad）2＋xin2｝
で定義される、請求項７に記載のＩＯＬ。
【請求項９】
前記Ravrgの値は、約１２ｍｍから約１２０ｍｍの範囲にある、請求項８に記載のＩＯＬ。
【請求項１０】
前記cxの値は、約０．００８ｍｍ−１から約０．０８ｍｍ−１の範囲にあり、前記cyの値は、約０．００８ｍｍ−１から約０．０８ｍｍ−１の範囲にある、請求項９に記載のＩＯＬ。
【請求項１１】
前記ｋxの値は、約−３０００から約−１２の範囲にあり、前記ｋyの値は、約−３０００から約−１２の範囲にある、請求項１０に記載のＩＯＬ。
【請求項１２】
前記ｋの値は、約−３０００から約−１２の範囲にある、請求項１１に記載のＩＯＬ。
【請求項１３】
前記回折領域は、複数の段差によって互いに隔てられた複数の回折構造を具備する、請求項１に記載のＩＯＬ。
【請求項１４】
経線に沿った回折領域の曲率半径は、
関係式
(n1−n2)(1/ Rdθ−1/ Rbθ)=一定値
で関係付けられる、角度θ（Rdθ）、及び回折領域（Rbθ）に伴う基準プロファイルの曲率半径によって特徴付けられる、請求項１３に記載のＩＯＬ。
【請求項１５】
前記定数は、約０Ｄから約４Ｄの範囲にある、請求項１４に記載のＩＯＬ。
【請求項１６】
前記前方表面は、前記回折領域を含む、請求項１に記載のＩＯＬ。
【請求項１７】
前記後方表面は、球面プロファイルを示す、請求項１６に記載のＩＯＬ。
【請求項１８】
回折眼球内レンズであって、
前方面と後方面とを備えた、レンズと、
前記前方面と前記後方面の少なくとも１つは、回折成分、非球面成分、及びトーリック成分の組合せで特徴付けられるプロファイルを示す、回折眼球内レンズ。
【請求項１９】
前記レンズは、約１６Dから約３２Dの範囲で遠方に焦点を合わせる能力を提供する、請求項１８に記載の眼球内レンズ。
【請求項２０】
前記レンズは、約１Dから約６Dの範囲の更なる能力によって特徴付けられる、近方に焦点を合わせる能力を提供する、請求項１９に記載の眼球内レンズ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２０１１−５０７６２８（Ｐ２０１１−５０７６２８Ａ）
【公表日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５３９８５６（Ｐ２０１０−５３９８５６）
【出願日】平成２０年１２月１９日（２００８．１２．１９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０８７６０２
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０８６０５７
【国際公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【出願人】（５０１４４９３２２）アルコン，インコーポレイティド (140)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１９日（２００８．１２．１９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０８７６０２
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０８６０５７
【国際公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【出願人】（５０１４４９３２２）アルコン，インコーポレイティド (140)
【Ｆターム（参考）】
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